CN102119263B - 内燃机的凸轮轴调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种凸轮轴调节装置(1)，具有传动轮(2)和可以相对于该传动轮扭转设置的从动件(3)，其中，传动轮(2)和从动件(3)通过至少一个可被加载压力油的压力腔(4)作用连接，并为调节向压力腔(4)的压力油输送和来自压力腔(4)的压力油排出而具有至少一个调节装置(5)，其中，为压力油输送而在调节装置(5)与压力油输送装置(7)之间构成至少一个压力油输入连接管(6)，其特征在于，压力油的通道可以通过压力油输入连接管(6)中的至少两个彼此并联的止回阀(8、9)而在朝向压力油输送装置(7)的方向上被阻断。

Description

内燃机的凸轮轴调节装置

技术领域

本发明涉及一种凸轮轴调节装置，具有传动轮和可以相对于该传动轮扭转设置的从动件，其中，传动轮和从动件通过至少一个可被加载压力油的压力腔作用连接，并为调节向压力腔的压力油输送和来自压力腔的压力油排出而具有至少一个调节装置，其中，为压力油输送而在调节装置与压力油输送装置之间构成至少一个压力油输入连接管。

背景技术

这种类型的凸轮轴调节装置由DE10103876A1、US6.553.951B2和US2006/0213471A1有所公开。在那里彼此相对可以扭转设置可由内燃机的发动机驱动的外壳部件和与发动机的凸轮轴抗扭连接旋转部件。为调整旋转部件与外壳部件之间的相对相位旋转角，这些部件经由多个各自通过与旋转部件抗扭连接的叶片件在分成两个可被加载压力油和相对作用的压力腔的压力室内作用连接。压力腔的压力源加载通过压力腔与从压力油储备容器输送压力油的压力油泵之间的压力油连接管进行。向压力腔的压力油输送和来自压力腔的压力油排出通过设置在压力油连接管内的控制泵调节。为供给压力油，控制阀通过压力油输入管线与压力油泵和压力油储备容器连接。

在调节旋转部件与外壳部件之间的相对相位旋转角时，相对作用的压力腔内各自存在的压力油压力之间出现压差。由此叶片件在压力室内不能液压夹紧并与作用于凸轮轴的交替转矩相应产生振动。在叶片件与调节方向相反回振时，所要加注的压力腔内出现过压。如果过压超过压力油输入连接管内存在的压力油入口压的话，那么过压会通过压力油连接管延续到控制阀并通过控制阀的内部连接进入控制阀与压力油泵或压力油储备容器之间的压力源输入管线内。为阻止压力油朝向压力油泵或压力油储备容器回流，压力油输入管线内设置止回阀。

这种构成中产生的不利影响是，在压力油系统内存在高压力油压力的工作状态下，止回阀在压力油加载时的通流方向上在压力油输入管线内产生大的流动阻力，其导致压力油输送扼流并由此导致凸轮轴调节装置的调节动力变差。

在US2006/0213471A1中，压力油输入连接管内具有与旁路内的止回阀并联连接的可控阻断阀，其在取决于压力油温度的情况下打开或者关闭。在压力油温度低和压力油粘度高时打开阻断阀。由此压力油通过打开的阻断阀经由旁路以低流动阻力流动。如果压力油温度高于预先规定的压力油粘度较小的阈值，那么关闭阻断阀，由此阻断旁路并且压力油经由止回阀得到输送。

这种实施方式中产生的不利影响是，为温度控制而打开和关闭阻断阀需要附加的控制装置，这提高了制造成本。

这种设置中此外的缺点是，在压力油温度高和压力油入口压高的情况下，阻断阀和旁路温控关闭。由此在高速的发动机运行中，压力油输送经由止回阀在高流动阻力和被扼流的压力油流量下进行，由此调节过程的动力明显变差。

此外，在阻断阀打开的情况下的低压力油温度的运行状态中加载压力油时，运行造成压力腔内出现的过压经由打开的旁路延续并引起压力油朝向压力油泵或朝向压力油储备容器回流，后果是同样变差的调节动力。

发明内容

本发明的目的因此在于，提供一种避免上述缺点的上述类型的凸轮轴调节装置。该目的通过一种凸轮轴调节装置得以实现，该凸轮轴调节装置具有传动轮和以相对于该传动轮可扭转的方式设置的从动件，其中，传动轮和从动件通过至少一个能够被加载压力油的压力腔作用连接，为调节向压力腔的压力油输送和来自压力腔的压力油排出而具有至少一个调节装置，其中，为压力油输送而在调节装置与压力油输送装置之间构成至少一个压力油输入连接管，压力油的通道能够通过压力油输入连接管中的至少两个彼此并联连接的止回阀而在朝向压力油输送装置的方向上被阻断，提供具有低打开压力的第一止回阀和具有高打开压力的第二止回阀。

通过依据本发明在调节装置与压力油输送装置之间的压力油输入连接管中的至少两个彼此并联连接的止回阀，一方面通过取决于在止回阀之前的压力油输入连接管内各自存在的压力油压力（压差）的阻断，可以在所有运行状态下可靠地避免压力油从压力油输入连接管回流到压力油泵或压力油储备容器内。

另一方面，通过一个止回阀或者两个止回阀取决于在止回阀之前在压力油输入连接管内在通流方向上各自存在的压力油入口压（压差）的打开，压力油输送可以在小通流截面下经由一个止回阀或者在变大的通流截面下同时经由两个并联连接的止回阀而在压力油输入连接管内进行输送。

按照这种方式，特别是在压力油系统内存在足够快速调节凸轮轴调节装置的压力油压力的运行状态下，例如在发动机的热或者冷状态下高速运行中，通过在并行运行中同时打开两个止回阀，与现有技术相比可以达到提高凸轮轴调节装置调节速度的目的。

此外，因为止回阀取决于压力的打开和关闭自动进行，所以同时避免复杂的控制装置。

在本发明一种优选的构成中，第一和第二止回阀具有不同的打开压力，其中，打开压力分别是指为了打开止回阀而在压力油输入连接管内在止回阀之前和之后的压力油压力之间所需的压差（差压）。如果第一止回阀具有低打开压力和第二止回阀具有高打开压力，那么在运行状态下加载压力油时压力油流的低压力油入口压经由具有低打开压力的第一止回阀输送，而具有高打开压力的第二止回阀则保持关闭。因为第一止回阀在小差压时打开，所以在低压力油入口压的情况下其迅速打开并在小的流动阻力下达到具有高调节速度的大压力油流量。

第一止回阀最好具有小的通流截面。在此方面，通流截面为优化可以这样减小，在低压力油入口压的运行状态下，使对压力油输送的调节速度产生不利影响的扼流恰恰通过第一止回阀得到可靠避免。由此第一止回阀的阻断体可以在尽可能小的通流截面下以尽可能小的质量和尽可能小的惯性构成，由此在打开和阻断压力油输入连接管时第一止回阀可以达到特别短的反应时间。

按照这种方式，例如在热怠速阶段或者在发动机的热启动时，在压力油系统内非常低的压力油水平下，可以在调节过程期间经由打开的第一止回阀在小通流截面下以短的反应时间和优化的调节速度进行压力油输送。

如果在压力油输入连接管内压力油入口压上升的情况下，达到打开第二止回阀所需的高压力油入口压（差压），那么第二止回阀自动打开并且压力油输送同时经由两个并联连接的止回阀进行。由此在压力油输入连接管内通流截面变大的情况下提高压力油通流量。

第二止回阀的打开压力可以被调整为，使得在压力油输入连接管内的压力油入口压上升的情况下，通过打开第二止回阀使调节速度的不利影响恰恰通过第一止回阀的扼流作用而得到可靠避免。实现优化调整的是，第二止回阀的打开压力相当于压力油输入连接管内的压力油压力（差压），其中这种程度减少叶片在压力室内的回振，使第一止回阀持续打开。由此一方面保证防止后果是打开和阻断压力油输入连接管反应时间减缓的低压力油入口压时第二止回阀过早打开，而另一方面则保证及时打开第二止回阀以避免单运行时的扼流作用。由此在高压力油入口压下为快速调节可以达到在并行运行中的优化压力油流。按照这种方式，例如在发动机热或者冷状态下高速运行时可以实现优化的调节动力。

附图说明

本发明的其他特征来自后面的说明书和简化示出本发明实施例的附图。其中：

图1示出凸轮轴调节装置的透视局部侧视图；

图2示出凸轮轴调节装置压力油系统的结构的简化示意图。

具体实施方式

图1以透视图示出液压凸轮轴调节装置1，没有远离发动机的侧面1a的正面盖板。凸轮轴调节装置1具有可在从动件3上与其扭转支承的传动轮2。传动轮通过啮合部位2a传动举例示出的与传动轮2连接的链轮，与其啮合齿可以啮合由未示出的曲轴传动的链条。但也可以设想传动轮2通过皮带或者齿轮传动。从动件3作为叶轮构成并通过中心容纳处3a与未示出的凸轮轴例如借助螺栓或者焊接抗扭连接。从动件3上构成五个对称地在圆周上分布且径向上延伸的叶片10。从外圆周3b出发，从动件3具有形成径向凹处的轴向分布的叶片槽3c，叶片10与从动件3抗扭连接地设置在叶片槽内。在凸轮轴调节装置1远离发动机的侧面1a和靠近发动机的侧面1b上，在传动轮2的每个侧面上设置各自一个未示出的侧盖并抗扭地通过五个紧固螺栓11固定在其上面。传动轮2内在圆周方向上具有五个彼此对称设置的压力室4。压力室各自在圆周方向上限制在传动轮2的与两个基本上径向分布且彼此相对的限制壁2b、2c相邻的凸起部2d上。压力室4径向上各自向外在径向上通过传动轮2的圆周壁2e限制且向内在径向上通过从动件3的外圆周3b限制。每个压力室4内伸入一个叶片10，其中，叶片10这样构成，使其既紧贴在圆周壁2e上，也可以紧贴在凸起部2d的限制壁2b、2c上。每个叶片10将各自的压力室4分成两个相对作用的压力腔4a、4b。

传动轮2在确定的角度范围内可向从动件3扭转设置。角度范围在一个扭转方向上由此限制，即叶片10紧贴在压力室4的限制壁2b上构成的后止挡12上。角度范围在另一个扭转方向上类似由此限制，即叶片10紧贴在压力室的相对的限制壁2c上构成的前止挡13上。图1示出凸轮轴调节装置1处于最大的后位置上，其中叶片10紧贴在后止挡12上。为避免叶片10止挡时在从动件3通过轴向孔3d削弱的区域内出现高负荷，两个与轴向孔3d相邻设置的叶片10在达到最大超前或滞后位置时释放并不止挡在各自的限制壁2b、2c上。

通过压力腔4a、4b中的一组加载压力油和压力腔4a、4b中的另一组泄压，传动轮2相对于从动件3的角相位可以在凸轮轴调节装置1的旋转方向上在未示出的换气阀的超前控制时间（打开和关闭时间点）的方向上改变或者与凸轮轴调节装置1的旋转方向相反在滞后控制时间的方向上改变。通过两组压力腔4a、4b加载压力油，可以使传动轮2和从动件3相对彼此的的相位保持恒定。

为向或从压力腔4a、4b输送压力油或排出压力油而提供压力油系统，该压力油系统包括压力油泵14、油箱15、作为液压控制阀构成的调节装置5和压力油连接管16、17。作为液压油通常使用内燃机的润滑油。

从动件3和传动轮2可以通过闭锁单元18机械连接。闭锁单元18具有可以轴向移动地设置在从动件3轴向孔3d的闭锁螺栓18a，其在锁紧状态下可以在未示出的侧盖靠近从动件3的内侧上嵌入互补构成的间隙内。为将闭锁螺栓18a从锁紧状态转移到打开状态，向间隙加载压力油。由此闭锁螺栓18a逆弹簧件的力回压到轴向孔内并因此取消传动轮2与从动件3之间的连接。间隙的压力油加载通过控制阀与压力腔4a之间的压力油连接管16进行。

图2以液压线路图非常示意性和示例性地示出凸轮轴调节装置1的压力油系统的结构。那里示出各自通过叶片10分成第一压力腔4a和第二压力腔4b的五个压力室4之一的截面。向或从各组压力腔4a、4b的压力油输送和压力油排出各自通过在这些压力腔与作为控制阀构成的调节装置5之间分开的压力油连接管16、17进行。在此方面，控制阀调节输送到和从第一以及第二压力腔4a、4b排出的压力油流。两个接口A、B将控制阀与压力腔4a、4b连接。第一工作接口A与供给第一压力腔4a组压力油的压力油连接管16连通。第二工作接口B与供给第二压力腔4b组压力油的压力油连接管17连通。控制阀通过输入接口P与压力油输送装置7连接。为此具有将控制阀与压力油输送装置7连接的压力油输入连接管6。压力油输送装置7由向凸轮轴调节装置1持续提供压力油流的压力油泵14和作为油箱15构成的压力油储备容器组成。通过直接与压力油输出连接管19连通的输出接口T，压力油可以排到油箱15内。接口P和T可与内燃机的发动机油回路，例如与缸盖回路连接，其中，其油压取决于发动机转速和油温。接口P然后可以从发动机的油回路中向凸轮轴调节装置1内输送压力油，而通过接口T则可以将排入凸轮轴调节装置1内的油重新返回发动机的油回路。

可以作为筒形插入式阀或者中心阀构成的控制阀由电动伺服单元5a和液压段5b组成。液压段5b具有阀门外壳5c和可以轴向移动的控制活塞5d。在取决于电动伺服单元5a电通流的情况下，控制活塞5d可以在阀门外壳5c内轴向移动。阀门弹簧5e在相反方向上作用的弹簧力可以使控制活塞5d复位。通过控制活塞5d的轴向移动，工作接口A、B可以有选择地与输入接口P、输出接口T连接或者不与二者之一连接。在图2示意示出的控制活塞5d内，为三个连接位置5f、5g、5h象征性示出控制阀接口的内部连接。

为使未示出的换气阀的控制时间（打开和关闭时间点）朝向超前控制时间移动，在控制阀的超前位置5f上第一工作接口A与输入接口P连接且第二工作接口B与输出接口T连接。由此第一压力腔4a组通过压力油连接管16加载压力油。同时压力油从第二压力腔4b组通过压力油连接管17到达控制阀并通过输出接口T排入油箱15内。通过两组压力腔4a、4b之间出现的压差，叶片10会与作用于凸轮轴的交替力矩相应地在压力室内振动运动。因为第一压力腔4a组内的压力油压力高于第二压力腔4b组内，所以振动角在滞后方向上小于超前方向上。由此叶片10以周期性的振动运动朝向前止挡13移动，达到从动件3相对于传动轮2在超前方向上的旋转运动。类似地在滞后位置5h上达到滞后控制时间方向上的调整。在这种情况下，第二工作接口B与输入接口P以及第一工作接口A与输出接口T连接。在此方面，通过第二压力腔4b组经由压力油连接管17加载压力油和压力油从第一压力腔4a组经由压力油连接管16通过输出接口T同时排入油箱15内的情况下，第二压力腔4b组内产生高于第一压力腔4a组内的压力油压力。由此叶片10在超前方向上的振动运动小于滞后方向上。按照这种方式，叶片10以周期性的振动运动朝向后止挡12移动并达到从动件3相对于传动轮2在滞后方向上的旋转运动。超前方向上的调整与作用于凸轮轴的摩擦力矩相反进行，而在滞后方向上调整时，作用于凸轮轴的摩擦力矩则支持调整过程。为使控制时间保持恒定，向全部压力腔4a、4b的压力油输送受到抑制（连接位置5g）。由此叶片10在各自压力腔4内部被液压夹紧并阻止从动件3相对于传动轮2的旋转运动。

在超前位置5f上，压力油输入连接管6通过输入接口P并通过控制阀的工作接口A与第一压力腔4a组压力油连接。类似地，在滞后位置5h上，压力油输入连接管6和第二压力腔4b组通过输入接口P并通过控制阀的工作接口A相互连接。

在控制阀与压力油输送装置7之间的压力油输入连接管6内，设置第一止回阀8和与其并联连接的第二止回阀9，压力油输入连接管6通过它们可以在压力油输送装置7的方向上被阻断。

因为在压力油加载时止回阀8、9在通流方向上仅在超过各自的打开压力（也就是为了打开各个止回阀8、9而在止回阀8、9之前和之后所需的差压）时才允许压力油通过，所以在调整过程期间，无论是在控制阀的超前位置上还是在滞后位置上，在压力油输入连接管6内压力油仅朝向第一压力腔4a组或朝向第二压力腔4b组流动。如果低于各自打开所需的压差，那么止回阀8、9各自自动关闭并直接在压力油输入连接管6内阻断压力油在压力油输送装置7的方向上通过。由此在调整过程期间，可靠防止压力油从压力油输入连接管6回流到压力油输送装置7内。

在通流方向上，在低压力油入口压的运行状态下加载压力油时，压力油流通过具有低打开压力的第一止回阀8得到输送，而具有高打开压力的第二止回阀9则关闭。与此同时第一止回阀8在非常小的打开压力下打开。由此在叶片10在调整方向上振动时的调整过程期间，在小反应时间下压力油迅速补充到所要加注的压力腔4a、4b内。同时在压力室4内叶片与调整方向相反回振并在低于打开所需的差压的情况下，通过快速阻断压力油在压力油输送装置7方向上通过而阻止压力油回流。

在小通流截面的情况下，第一止回阀8以低质量和低惯性的阻断体8b构成，由此达到打开和阻断压力油输入连接管6的特别短的反应时间。

按照这种方式，在低发动机转速和高压力油温度的情况下，如果由压力油输送装置7提供的压力油入口压处于非常低的水平，例如在约600U/min至约900U/min的发动机转速范围内的所谓的发动机热怠速阶段，并在约140℃的压力油温度时，可以实现优化的高调整速度。

随着压力油输入连接管6内的压力油入口压上升，压力油输入连接管内的流动阻力在第一止回阀8上变大，并且在达到打开第二止回阀9所需的差压时，该第二止回阀自动打开。于是压力油输送在高压力油入口压情况下通过两个并联的止回阀8、9同时进行。在并行运行时，与单运行相比压力油输入连接管6的通流截面变大。由此在高压力油入口压的情况下的调整过程期间，通过压力油输入连接管6将大压力油流输送到所要加注的压力腔4a、4b内并提高调整速度。

相应于压力油输入连接管6内的压力油入口压（差压）调整第二止回阀9的打开压力，其中在发动机转速上升的情况下，第一止回阀8持续打开。于是压力油输入连接管6内通过叶片10在压力室4内的回振而产生的过压不再产生作用。与此同时，第二止回阀9在压力油输入连接管6内存在的压力油入口压（压差）时打开，其中压力油输送对调整速度产生不利影响的扼流通过第一止回阀8上的小通流截面得到可靠防止。按照这种方式，在两个打开的止回阀8、9并行运行时发动机转速上升的情况下，保证具有最佳调整动力的压力油输入连接管6内优化的高压力油流。

在优化的打开压力下，第二止回阀9在发动机的热状态下（例如在发动机转速约1700U/min，压力油温度约140℃）打开。

在低压力油温度的发动机冷状态下，压力油输入连接管内打开第二止回阀所需的压力油入口压（差压）由于压力油的高粘度和高密度而在非常低的发动机转速下就已经达到。由此在调整过程期间，即使在低压力油温度的情况下，在发动机启动时或者在冷状态下发动机高速运行时，在两个打开的止回阀8、9并行运行时，提供了压力油输入连接管6中的优化的压力油流。

第一和第二止回阀8、9各自利用通过阀门弹簧8a、9a的弹簧力在阻断方向上加载的阻断体8b、9b构成，其将压力油输入连接管在向压力油输入装置7的阻断方向上密封封闭。与此同时，第一止回阀8的阀门弹簧8a具有小弹簧力。由此该第一止回阀在低打开压力下打开。第二止回阀9的阀门弹簧9a利用更大的弹簧力构成，由此压力油输入连接管6内为将其打开需要更大的差压。

附图标记

1      凸轮轴调节装置

1a     远离发动机的侧面

1b     靠近发动机的侧面

2      传动轮

2a     啮合部位

2b     限制壁

2c     限制壁

2d     凸起部

2e     圆周壁

3      从动件

3a     容纳处

3b     外圆周

3c     叶片槽

3d     轴向孔

4      压力室

4a     第一压力腔

4b     第二压力腔

5      调节装置

5a     伺服单元

5b     液压段

5c     阀门外壳

5d     控制活塞

5e     阀门弹簧

5f     超前位置

5g     连接位置

5h     滞后位置

6      压力油输入连接管

7      压力油输送装置

8      止回阀

8a      阀门弹簧

8b      阻断体

9       止回阀

9a      阀门弹簧

9b      阻断体

10      叶片

11      紧固螺栓

12      后止挡

13      前止挡

14      压力油泵

15      油箱

16      压力油连接管

17      压力油连接管

18      闭锁单元

18a     闭锁螺栓

19      压力油输出连接管

A       工作接口

B       工作接口

P       输入接口

T       输出接口

Claims (4)

1.凸轮轴调节装置（1），具有传动轮（2）和以相对于该传动轮可扭转的方式设置的从动件（3），其中，传动轮（2）和从动件（3）通过至少一个能够被加载压力油的压力腔（4）作用连接，为调节向压力腔（4）的压力油输送和来自压力腔（4）的压力油排出而具有至少一个调节装置（5），其中，为压力油输送而在调节装置（5）与压力油输送装置（7）之间构成至少一个压力油输入连接管（6），其特征在于，压力油的通道能够通过压力油输入连接管（6）中的至少两个彼此并联连接的止回阀（8、9）而在朝向压力油输送装置（7）的方向上被阻断，提供具有低打开压力的第一止回阀（8）和具有高打开压力的第二止回阀（9）。

2.按权利要求1所述的凸轮轴调节装置（1），其特征在于，第一止回阀（8）具有小通过截面。

3.按权利要求1–2之一所述的凸轮轴调节装置（1），其特征在于，第二止回阀（9）的打开压力相当于在加载压力油时第一止回阀（8）持续打开的情况下的压力油压力。

4.按权利要求1–2之一所述的凸轮轴调节装置（1），其特征在于，在高压力油压力和高压力油温度的工作状态下的压力油输送能够通过两个止回阀（8、9）同时进行。

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